Информационно-измерительные подходы для оценки качества технических средств хронометрии

Â.Í. ßØÈÍ 
ИНФОРМАЦИОННОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПОДХОДЫ 
ДЛЯ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА 
ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ 
ХРОНОМЕТРИИ
МОНОГРАФИЯ
Москва
ИНФРА-М
2021

УДК 681.51(075.4)
ББК 32.965
 
Я96
А в т о р: 
Яшин Владимир Николаевич, кандидат технических наук, доцент, доцент 
кафедры информационных технологий Самарского государственного 
технического университета
Р е ц е н з е н т ы: 
Семенычев В.К., доктор технических наук, доктор экономических наук, 
профессор кафедры высшей математики и экономико-математических 
методов, руководитель математического департамента Самарского государственного экономического университета;
Карташевский В.Г., доктор технических наук, профессор, заведующий 
кафедрой мультисервисных сетей и информационной безопасности Поволжского государственного университета телекоммуникаций и информатики
Яшин В.Н.
Я96 
 
Информационно-измерительные подходы для оценки качества 
технических средств  хронометрии : монография / В.Н. Яшин. — 
Москва : ИНФРА-М, 2021. — 120 с. — (Научная мысль). — DOI 
10.12737/monography_594137dcb67d55.31034463.
ISBN 978-5-16-013022-4 (print)
ISBN 978-5-16-105783-4 (online)
В монографии рассмотрены информационно-измерительные подходы 
для оценки качества технических средств хронометрии. Сущность данных 
подходов состоит в рассмотрении протекающих физических процессов 
для оценки их качества с позиций теории информации. В монографии 
обобщены результаты научных исследований, связанных с применением 
информационно-измерительной техники и средств информационных 
технологий для оценки качества технических средств хронометрии.
Монография адресуется специалистам в области хронометрии, информационно-измерительной техники и информационных технологий, 
а также всем, кто интересуется этими вопросами.
УДК 681.51(075.4)
ББК 32.965
©  Яшин В.Н., 2017
ISBN 978-5-16-013022-4 (print)
ISBN 978-5-16-105783-4 (online)

ПРЕДИСЛОВИЕ
Современные информационно-измерительные подходы для оценки
качества различных объектов и тесно с ними связанные средства информационных технологий широко применяются в различных областях
науки и техники. Это обусловлено тем, что применяемые методы
и средства информационно-измерительной техники и построенные на
их основе информационно-измерительные системы значительно повышают точность измерений и достоверность контроля различных физических величин, а информационные технологии вносят вклад в существенное повышение их производительности за счет автоматизации самих
процессов измерения и контроля. Сказанное в полной мере относится
и к оценке качества технических средств хронометрии (ТСХ), поскольку одними из основных характеристик их качества являются метрологические характеристики, определяющие точность измерения интервалов
времени. Особенность ТСХ состоит в том, что, являясь средствами измерения интервалов времени, они сами выступают в качестве объектов
измерения. При этом измерению подвергаются их метрологические характеристики. 
Общие подходы к оценке качества ТСХ освещены в отечественной
и зарубежной литературе по хронометрии и достаточно хорошо разработаны, что нельзя сказать о подходах, связанных с применением информационно-измерительной техники и средств информационных технологий. Сущность информационно-измерительных подходов состоит
в рассмотрении протекающих физических процессов с позиций теории
информации, т.е. их представления в виде информационных процессов
с широким использованием средств измерительной техники для оценки
параметров этих процессов. При этом, под информационным процессом
понимается последовательность действий, выполняемых с информацией: отбор, преобразование, передача, обработка, хранение и поиск информации, а также принятие соответствующего решения. 
Предлагаемая монография позволит частично восполнить этот пробел и познакомить читателей с особенностями применения информационно-измерительной техники и средств информационных технологий
для оценки качества ТСХ. 
Настоящая монография состоит из предисловия, пяти глав, заключения, библиографического списка. 
Первая глава посвящена становлению и развитию научного направления, связанного с информационно-измерительными подходами для
оценки качества ТСХ в России, где рассмотрены основные составляющие этого направления и авторы, внесшие значительный вклад  в его
развитие и становление.  
3

Первая глава посвящена также анализу публикационной  активности
по данному научному направлению за период с 1980 по 2016 годы. 
Во второй главе рассмотрены вопросы, связанные с количественной
оценкой качества технических средств хронометрии. Даются общие
подходы к оценке качества ТСХ и рассматривается возможность применения информационных технологий для оценки их качества. 
В третьей главе, посвященной метрологическим характеристикам
ТСХ, рассматриваются возможности применения средств информационно-измерительной техники и информационных технологий для анализа
математических моделей, отражающих процессы эволюции погрешностей ТСХ во времени. В этой же главе приведен разработанный автором
данной монографии алгоритм нормирования метрологических характеристик ТСХ. 
Четвертая глава посвящена освещению вопросов, связанных с измерением и контролем ТСХ. Показаны основные информационные подходы при измерении и контроле метрологических характеристик ТСХ, 
роль автоматизации процессов для анализа метрологической надежности ТСХ, исследованы вопросы пропускной способности канала измерения и контроля ТСХ, а также обоснован выбор интервального шага измерения при испытаниях ТСХ. 
В пятой главе рассмотрены компоненты информационно-измерительных систем для контроля и измерения ТСХ. В частности, рассмотрены блоки: блок формирования временных интервалов функционирования технических средств хронометрии; блок измерения амплитуды
колебаний осциллятора хронометрической системы, а также блок отображения диаграммы функционирования ТСХ. 
В заключении и библиографическом списке к монографии приводятся основные выводы и список соответствующей литературы. 
Таким образом, основной целью данной монографии является вклад
в дальнейшее развитие научного направления, связанного с информационно-измерительными подходами при оценке качества  ТСХ, а также
восполнение пробела, связанного с особенностями применения информационно-измерительной техники и средств информационных технологий для оценки качества ТСХ. 
4

Глава 1 
СТАНОВЛЕНИЕ И РАЗВИТИЕ НАУЧНОГО НАПРАВЛЕНИЯ
«ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПОДХОДЫ ДЛЯ
ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ
ХРОНОМЕТРИИ» В РОССИИ
1.1. Особенности становления и развития научного  
направления «Информационно-измерительные подходы  
для оценки качества технических средств хронометрии» 
в России
Любое научное направление, интегрируя в себе многие составляющие
научного познания, включающие методы и средства исследований, научные статьи и монографии, объединенные общностью объектов исследований, принадлежность к научной школе и т.д., характеризуется своим становлением, динамикой развития и его завершением. Этот процесс, c известной долей допущения, можно рассматривать как жизненный цикл
любого научного направления.  
Рассмотрим становление и развитие научного направления, связанного с информационно-измерительными подходами для оценки качества
ТСХ в контексте существующих направлений в области хронометрии.  
Понятие хронометрия (слово хронометрия образовано от двух греческих слов: ȤȡȠȞȠȢ – время, ход и ȝȑIJȡȑȦ – измерять) определяется  как область науки и техники, охватывающей теорию, методы и технические
средства получения, отбора, преобразования, обработки, хранения, отображения и передачи на расстояние хронометрической информации. 
В свою очередь, под хронометрической информацией понимается измерительная информация, получаемая в результате измерения интервалов
времени. 
Среди научных направлений, связанных с хронометрией, существенную роль играло и играет научное направление, определяемое как общая
теория хронометрических систем и ее приложение к системам массового
назначения. Становление этого направления в России относится к 60–70 
годам прошлого века и связано с появлением и развитием общей теории
систем и системного подхода. Применение системного подхода как мощного методологического средства, позволяющего не только исследовать
совместное целенаправленное функционирование групп объектов, но
и вскрыть с позиций этого исследования их новые существенные свойства, дало возможность изучения таких сложных объектов, как хронометрические системы. Исследования в этом научном направлении были начаты
в начале 60-х годов прошлого века в Научно-исследовательском институте
часовой
промышленности
министерства
приборостроения
СССР
(НИИЧаспром,  г. Москва), а также на некоторых крупных предприятиях
министерства приборостроения СССР. В рамках этого информационного
пространства в 1964 г. были сформулированы основы системного подхода к анализу хронометрических систем, а в 1968 г. в первом издании мо5

нографии [1] были изложены результаты такого анализа применительно
к одной из наиболее распространенных разновидностей хронометрических систем – электрочасовым системам. Научное направление «Общая
теория хронометрических систем и ее приложение к системам массового
назначения» развивалось в основном в НИИЧаспроме. Это направление  
было отражено в работах В.А. Шполянского, Б.Л. Рудякова, Э.Х. Чичева, 
Б.А. Домнина, Н.И. Пацина, Б.М. Чернягина и ряда других ученых. Важно здесь отметить и достижения отечественных ученых: В.Г. Ильина,                       
Г.Н. Палия, Е.В. Артемьевой в области сличения высокоточных часов
и их синхронизации [2], успехи в разработке методов и технических
средств для высокопрецизионных частотных и временных измерений, 
обобщенные в монографии В.А. Благова, А.С. Домбровского, А.А. Ульянова и др. [3]. Кроме того, необходимо отметить  также большое число
разнообразных исследований в этой области, проведенных за рубежом, 
результаты которых отображены в работе [4].      
Одним из направлений дальнейшего развития общей теории хронометрических систем и ее приложения к системам массового назначения
было формирование научного направления, связанного с надежностью
и контролем качества ТСХ. Анализ надежности и контроль качества ТСХ, 
представляющих собой технические средства получения, отображения, 
переработки или передачи на расстояние хронометрической информации, 
был и остается важнейшей задачей в области хронометрии.  Актуальность
этого направления очевидна, поскольку низкая надежность и отсутствие
современных методов измерения и контроля качества ТСХ приводит к неработоспособности различных по своей природе систем, в состав которых
ТСХ могут входить в качестве подсистем. 
Перечислим ряд наиболее важных задач, которые решались в рамках
данного научного направления:  
– надежность времяизмерительной техники и критерии ее количественной оценки (Шполянский В.А., Кунаев И.П. и др);  
– технические средства испытаний и оперативная оценка наручных часов при ускоренном выборочном контроле (Пацин Н.И., Чернягин Б.М.); 
– экспериментальная оценка надежности наручных часов массового
производства с применением ЭВМ (Чеканов А.Н., Лысый В.А.); 
– метрологическая надежность приборов времени (Шполянский В.А.);  
– обоснование минимально необходимого набора показателей точности часов (Шполянский В.А.);  
– анализ процессов накопления погрешности в часах (Шполянский В.А.);  
– машинный анализ диаграмм хода часов (Вашкевич Н.П., Домнин Л.Н. и др.);  
– основы
квалиметрии
времяизмерительной
техники (Шполянский В.А., Артамонов Г.А. и др.);  
– классификация показателей качества наручных часов (Райхман Э.П., 
Чернягин Б.М.);  
– помехоустойчивость и надежность часов при сильных помехах
(Шполянский В.А., Меркулов В.П.);  
6

– организация контроля на базе ЭЦВМ (Вашкевич Н.П., Домнин Л.Н., 
Чернягин Б.М.);  
– динамика качества ТСХ как основной фактор их надежности (Шполянский В.А.);  
– использование измерений мгновенного хода  для оценки точностных
характеристик часов (Пассинский А.М., Чернягим Б.М.); 
– автоматизация контроля наручных механических часов массового
производства (Вашкевич Н.П., Домнин Л.Н., Шашков Б.Д.);  
– распределение хода часов (Розенберг А.Л.);  
– методы нормирования метрологических характеристик часов (Барладян Б.Х., Домнин Б.А., Шполянский В.А.) и т.д. 
Решение этих задач позволило сформировать теоретические, практические и методологические подходы к описанию и определению основных показателей надежности и контроля качества ТСХ.                 
В 80-х годах прошлого века в рамках данного направления сформировалась составляющая этого направления, связанная с информационно-измерительными подходами для оценки качества ТСХ, где с целью повышения эффективности решения перечисленных выше задач стали широко
применяться информационно-измерительные, информационные  и коммуникационные технологии. Применение данных технологий было обусловлено широким внедрением средств компьютерной техники (микропроцессоров, персональных компьютеров и т.д.) и началом интенсивного
развития в России информационных и телекоммуникационных технологий.  
Реализацией перечисленных выше технологий стала разработка информационно-измерительных систем для контроля качества ТСХ, которые, начиная с 1983 г., стали разрабатываться в Куйбышевском политехническом институте им В.В. Куйбышева, а затем в Самарском государственном техническом университете (СамГТУ) под руководством заведующего кафедрой «Информационно-измерительная техника» д.т.н., 
профессора Куликовского К.Л.  Данное направление активно поддержали преподаватели и научные сотрудники кафедры «Информационно-измерительная техника»  Миронов В.П., Рожанский Э.Л., Страдымов А.П., 
Яшин В.Н. и др. 
Среди задач, которые решались в рамках данного направления и нашли отражение в соответствующих работах авторских коллективов, можно выделить следующие:  
– разработка автоматизированного многоканального комплекса для
контроля качества часовых механизмов [5];  
– разработка автоматизированной системы для оценки метрологической надежности часовых механизмов [6];  
– разработка устройства для контроля хода балансовых часов [7]; 
–  разработка устройства для отображения диаграммы хода балансовых часов [8];  
– разработка устройства для формирования временных интервалов хода балансовых часов [9]; 
7

– разработка устройства для измерения амплитуды колебаний баланса
механических часов [10]; 
– применение фотоэлектрического метода для исследования изохронности балансового осциллятора часовых механизмов [11]; 
– повышение помехозащищенности канала измерения мгновенного
суточного хода информационно-измерительной системы (ИИС) контроля
качества часовых механизмов [12]; 
– разработка устройства для измерения амплитуды колебаний баланса
механических часов [13]; 
– разработка ИИС для контроля метрологических характеристик часовых механизмов [14]; 
– особенности построения ИИС для контроля метрологических характеристик часовых механизмов [15]; 
– синтез алгоритмов и структур ИИС для контроля качества часовых
механизмов [16];  
– применение кусочно-полиномиальной аппроксимации при построении функциональных преобразователей информации [17]; 
– применение метода имитационного моделирования для определения
среднеквадратических значений сигналов сложной формы [18]; 
– моделирование сигналов сложной формы при решении задач обработки аналого-дискретных сигналов [19];  
– разработка преобразователей электрических параметров для систем
измерения и контроля [20]; 
– анализ погрешности определения среднеквадратического значения
сложных сигналов [21]; 
– разработка адаптивного алгоритма сжатия измерительной информации механических хронометрических систем [22]; 
– разработка адаптивного алгоритма сжатия измерительной информации хронометрических систем [23]; 
– повышение пропускной способности канала измерения информационных характеристик хронометрических систем [24]; 
–  выбор и обоснование интервального шага измерения при испытаниях ТСХ [25]; 
– количественная оценка качества ТСХ [26]; 
– автоматизация процесса построения и анализа характеристик метрологической надежности средств измерений на основе применения информационных технологий [27]; 
– алгоритмизация процесса нормирования метрологических характеристик ТСХ [28]; 
– информационный подход к оценке качества ТСХ в информационноизмерительных системах [29]; 
– применение информационных технологий для анализа математических моделей процессов эволюции погрешностей в ТСХ [30]; 
– вопросы формирования однородных выборок информационных характеристик хронометрических систем с использованием компьютерных
технологий [31] и т.д. 
8

Результаты решения перечисленных выше теоретических и практических задач нашли реальное воплощение на предприятиях часовой промышленности России. Анализ перечисленных задач позволяет сделать
вывод о расширении сферы решаемых задач в области ТСХ и повышения
их теоретической составляющей. 
В настоящее время направление, связанное с информационно-измерительными подходами для оценки качества ТСХ, поддерживает кафедра  
«Информационные технологии» (заведующий кафедрой д.т.н., профессор
Батищев В.И.) СамГТУ в лице одного из руководителей этого научного
направления доцента кафедры к.т.н., доцента Яшина В.Н. 
1.2. Анализ публикационной  активности по научному
направлению за период с 1980 по 2016 годы
Проведем количественный анализ публикационной  активности по
исследуемому научному направлению за период с 1980 по 2016 годы. 
Для проведения такого анализа разобьем весь временной интервал на
временные отрезки длительностью равной пяти годам и подсчитаем количество публикаций, попадающих в эти временные отрезки. Диаграмма количества публикаций по годам представлена на рис. 1.1. 
Рис. 1.1. Распределение количества публикаций научного направления  
по годам
9

Диаграмма показывает, что научное направление, связанное с информационно-измерительными подходами для оценки качества ТСХ, 
имеет ряд характерных временных периодов. 
Первый период (1980–1990 годы) характеризуется подъемом количества публикаций, максимальное значение 18,8%, и относительно высокой востребованностью этого научного направления часовой промышленностью СССР. 
Второй период (1991–1995 годы) – спад количества публикаций до
6,3%, как следствие распада СССР, характеризуется низкой востребованностью научного направления часовой промышленностью России. 
Третий период (1996–2010 годы) – первоначальный рост, а затем относительная стабилизация количества публикаций за период 1996–2005 
годы, максимальное значение до 12,5%  (в каждом временном отрезке), 
затем в интервале 2006–2010 годы спад до 9,4%. Этот период относительной невысокой востребованности данного научного направления.  
Четвертый период (2011–2013 годы) – наблюдается рост количества
публикаций до 15,6% и повышение востребованности этого научного
направления часовой промышленностью России. 
Пятый период (2014–2016 годы) – наблюдается спад публикационной деятельности до 9,4%, который является следствием экономического кризиса в России.   
Таким  образом, учитывая актуальность тематики исследования, соответствующей научному направлению «Информационно-измерительные подходы для оценки качества технических средств хронометрии»,  
включенному в перечень приоритетных направлений развития науки, 
технологий и техники в Российской Федерации, утвержденному Указом
Президента Российской Федерации от 7 июля 2011 г. № 899, можно говорить о наличии определенных научных перспектив у данного научного направления.   
На основании проведенного анализа можно предположить, что дальнейшие исследования по данному направлению с учетом его практической направленности будут способствовать повышению оценки качества ТСХ и как следствие этого – повышения качества самих ТСХ. 
10